高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件技术

本发明专利技术涉及高温合金热处理技术领域，尤其是涉及一种高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件。包括如下步骤：将待处理的高温合金盘轴类锻件进行固溶热处理后，进行冷却，再进行时效热处理；冷却中，先进行分区风冷，再进行油冷；分区风冷中，除截面厚度最小的区域，其余区域的风冷的风速V满足：V＝k

【技术实现步骤摘要】
高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件


[0001]本专利技术涉及高温合金热处理
，尤其是涉及一种高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件。

技术介绍

[0002]高温合金盘轴类锻件是航空发动机、火箭发动机中最为重要的热端承力部件，其综合力学性能和尺寸精度将会显著影响发动机的性能。通常采用时效强化型镍基高温合金制备而成，时效强化型镍基高温合金的组织和性能是由化学成分、变形工艺和热处理工艺等因素共同决定的。时效强化型镍基高温合金的热处理通常由固溶热处理、固溶后的冷却以及时效热处理组成。固溶处理的目的是将高温合金在热变形过程中形成的粗大γ
′
相部分或全部溶入基体中，时效热处理的目的是在γ基体中析出均匀分布的γ
′
相，以使合金达到最大的强化效果。而固溶后的冷却速度是影响γ
′
相尺寸、形貌、分布规律的重要因素。
[0003]目前，时效强化型镍基高温合金的固溶冷却方式通常有油淬、盐淬、风冷、空冷等，各冷却介质的界面换热系数各有不同。其中，油冷在各个温度下的热交换系数大，冷却效果强，但是盘件不同位置的换热系数差异不大，难以调控。因此，对于截面厚度梯度变化较大的盘件或盘轴类零件来说，由于其结构和形状导致各部位的温度场差异大，易在轮毂和轮辐等部位产生数值较高的剪切应力，最终导致微观裂纹的产生，造成盘件报废。而风冷、空冷等气体冷却介质的冷却能力较弱，对于截面厚度较大的盘体，力学性能难以达到指标要求。因此，急需设计一种适用于截面厚度梯度变化较大的高温合金盘件和盘轴类锻件的热处理方法。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供高温合金盘轴类锻件的热处理方法，以解决现有技术中存在的热处理方法不适用于截面厚度梯度变化较大的高温合金盘件和盘轴类锻件等的技术问题。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供采用上述热处理方法制得的高温合金盘轴类锻件。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]高温合金盘轴类锻件的热处理方法，包括如下步骤：
[0009]将待处理的高温合金盘轴类锻件进行固溶热处理后，进行冷却，再进行时效热处理；
[0010]其中，所述冷却中，先进行分区风冷，再进行油冷；
[0011]所述分区风冷中，除截面厚度最小的区域，其余区域的风冷的风速V满足：
[0012]V＝k
×
α+b，α为在开始进行风冷时，相应区域的界面换热系数的平均值；
[0013]k为0.185～0.195，b为0.7～0.9。
[0014]在本专利技术的具体实施方式中，k为0.185～0.192。
[0015]在本专利技术的具体实施方式中，按照所述高温合金盘轴类锻件的轴向截面厚度将所述高温合金盘轴类锻件划分成若干个区域，按截面厚度由小至大依次命名为A、B、
…
、N，截面厚度分别对应为h
A
、h
B
、
…
、h
N
；A区域采用空冷，固溶热处理后开始进行风冷时，A区域的界面换热系数的平均值α
A
＝20W/m2·
K，调节其余区域的风冷的风速，使相应区域的界面换热系数的平均值α
x
＝(h
X
/h
A
)2×
α
A
；其中，h
X
为相应区域的截面厚度。
[0016]其中，换热系数随界面处的温度而变化，此处换热系数是指在固溶热处理结束后，在相应温度下对应的换热系数。
[0017]在本专利技术的具体实施方式中，所述风冷结束后，所述高温合金盘轴类锻件的截面厚度最小的区域的平均温度不低于T
s
‑
30℃～T
s
‑
100℃，其中T
s
为固溶热处理温度。
[0018]在本专利技术的具体实施方式中，所述风冷的时间t满足：
[0019]t≤c
×
(30～100℃)
×
h
A
×
ρ
÷
α
A
÷
(T
s
‑
20℃)；
[0020]其中，c为所述高温合金在T
s
温度下的比热容，ρ为所述高温合金在T
s
温度下的密度。
[0021]在本专利技术的具体实施方式中，所述风冷的时间t为30～180s。
[0022]在本专利技术的具体实施方式中，所述固溶热处理的温度T
s
为T
γ
’
‑
30℃～T
γ
’
+50℃；其中，T
γ
’
代表γ
’
相的溶解温度；
[0023]所述固溶热处理的时间为2～6h。
[0024]在本专利技术的具体实施方式中，在进行分区风冷后，再进行油冷，直至冷却至100℃以下。
[0025]在本专利技术的具体实施方式中，所述高温合金为时效强化型镍基高温合金。进一步的，所述高温合金包括FGH96、GH4738、GH4251和GH4720Li中的任一种。
[0026]在本专利技术的具体实施方式中，所述盘轴类锻件的轴向截面中，沿轴向方向的最大厚度与最小厚度之差与最大厚度的比值≥50％。
[0027]本专利技术还提供了采用上述任意一种所述热处理方法制得的高温合金盘轴类锻件。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029](1)本专利技术结合液体淬火介质(淬火油)和气体淬火介质(加速空气)各自的特点和优势，在固溶后采用双介质进行冷却—先进行短时的分区控制风冷，然后油冷；在油冷前，先进行分区域的控制风冷，通过控制不同区域的空气流速，产生与油冷相反的温度梯度，从而减小工件入油后的温度梯度，降低剪切应力等。
[0030](2)本专利技术制备得到的高温合金盘轴类锻件，结构完整且组织性能满足要求。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例提供的高温合金盘轴类锻件沿轴向的截面示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例1提供的高温合金盘件沿轴向的截面示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例2提供的高温合金盘轴件沿轴向的截面示意图。
具体实施方式
[0035]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高温合金盘轴类锻件的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：将待处理的高温合金盘轴类锻件进行固溶热处理后，进行冷却，再进行时效热处理；其中，所述冷却中，先进行分区风冷，再进行油冷；所述分区风冷中，除截面厚度最小的区域，其余区域的风冷的风速V满足：V＝k
×
α+b，α为在开始进行风冷时，相应区域的界面换热系数的平均值；k为0.185～0.195，b为0.7～0.9。2.根据权利要求1所述的高温合金盘轴类锻件的热处理方法，其特征在于，按照所述高温合金盘轴类锻件的轴向截面厚度将所述高温合金盘轴类锻件划分成若干个区域，按截面厚度由小至大依次命名为A、B、
…
、N，截面厚度分别对应为h
A
、h
B
、
…
、h
N
；A区域采用空冷，固溶热处理后开始进行风冷时，A区域的界面换热系数的平均值α
A
＝20W/m2·
K，调节其余区域的风冷的风速，使相应区域的界面换热系数的平均值α
x
＝(h
X
/h
A
)2×
α
A
；其中，h
X
为相应区域的截面厚度。3.根据权利要求2所述的高温合金盘轴类锻件的热处理方法，其特征在于，所述风冷结束后，所述高温合金盘轴类锻件的截面厚度最小的区域的平均温度不低于T
s
‑
30℃～T
s
‑
100℃，其中T
s
为固溶热处理温度。4.根据权利要求3所述的高温合金盘轴类锻件...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海龙，毕中南，史松宜，孙志民，谢明昭，谢锦丽，刘明东，刘建涛，贾建，张明，闫婷，荣昆，侯琼，石英男，冀红艳，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：